Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Powoli świat ukryty we wnętrzu struktur komórkowych, np. jądra, staje dla techniki i naszych oczu otworem. Dzięki złotym nanoklastrom, których średnica nie przekracza 1 nanometra, będzie można obserwować proces prawidłowej replikacji DNA i wszelkie zmiany w genomie (Journal of the American Chemical Society).

Do tej pory w ramach bioobrazowania naukowcy posługiwali się półprzewodnikowymi kropkami kwantowymi, których rozmiary wynoszą zazwyczaj co najmniej 3 nanometry. Wysoce fluorescencyjne złote klastry mają nad nimi jeszcze jedną przewagę – nie zawierają toksycznych metali, takich jak kadm lub ołów. Ich twórcami są chemicy z singapurskiego Instytutu Bioinżynierii i Nanotechnologii.

Dzięki ulepszonym klastrom da się stwierdzić, co w jądrze komórkowym piszczy. To doskonały sposób znakowania oraz oceniania skuteczności leków czy terapii genowych.

Złote nanoklastry mają obiecujące parametry, jeśli chodzi o zastosowania in vivo. Nasze materiały są mniejsze, mniej toksyczne i bardziej biokompatybilne od stosowanych dotąd nieorganicznych fluorescencyjnych kropek kwantowych. Czerwona fluorescencja nanoklastrów poprawia jakość obrazowania biomedycznego. Dzieje się tak głównie dzięki zredukowaniu fluorescencji tła i lepszej penetracji tkanek – opowiada dr Yuangang Zheng.

Wbrew pozorom, synteza nanoklastrów nie jest trudna, wystarczyło "tylko" wpaść na właściwy pomysł. Powstają one podczas jednoetapowej reakcji w temperaturze ludzkiego ciała (37°C). Do stabilizowania i tworzenia rusztowania dla jonów złota w roztworze wodnym wykorzystano surowiczą albuminę wołową (ang. bovine serum albumin, BSA). Reagenty są tanie, a cały proces można uprzemysłowić.

Nanoklastry są stabilne zarówno w roztworze wodnym, jak i w postaci ciała stałego, co ułatwia ich przechowywanie i rozprowadzanie. Singapurczycy twierdzą, że zainspirowała ich sama natura, a konkretnie biomineralizacja muszli i kości.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Aparatura medyczna podlega coraz większej miniaturyzacji, do jej konstruowania coraz częściej wykorzystuje się też materiały pochodzące z ludzkiego ciała. Bez wątpienia ciekawym pomysłem jest mikroskopijny, a w dodatku organiczny system do obrazowania z wbudowanymi nanoprzetwornikami z fosfolipidów występujących w błonach komórkowych.
      Dr Melissa Mather z Uniwersytetu w Nottingham wyjaśnia, że urządzenie można zastosować do wczesnego wykrywania nowotworów, monitorowania aktywności elektrycznej mózgu oraz śledzenia pojedynczych komórek podczas podróży przez organizm. Brytyjczycy cieszą się z tego, że nanoaparat do obrazowania jest zupełnie nietoksyczny, powstaje przecież z tego, co i tak występuje w ciele.
      Systemy do monitorowania komórek i tkanek są coraz bardziej potrzebne. Prężnie rozwijają się terapie komórkowe, ale by mieć pewność, że leczenie [parkinsonizmu, cukrzycy czy choroby serca] przebiega właściwie, należy monitorować miejsce, do którego trafiły komórki oraz ich zachowanie. To spory problem dla współczesnych technologii i staramy się temu jakoś zaradzić.
      Przetworniki elektromechaniczne były do tej pory budowane przede wszystkim z pojedynczych kryształów lub ceramiki. Niedawno jednak naukowcy zorientowali się, że jeśli zminiaturyzuje się je do skali nano, można w nich wykorzystywać o wiele więcej różnych materiałów. Wykazano, że za pomocą błon biologicznych da się ujarzmić aktywność elektryczną komórek ludzkiego ciała i przekształcić ją w energię mechaniczną.
      Mather pracuje nad formowaniem z fosfolipidów pęcherzyków (liposomów). Chodzi o wykorzystanie ich właściwości akustycznych, a więc o pozyskanie przetworników elektroakustycznych. W przyszłości jej zespół skoncentruje się na zwiększaniu mocy sygnału akustycznego poprzez modyfikacje składu, kształtu i rozmiarów liposomu.
      Brytyjczykom nie chodzi tylko o skanowanie, bo jeśli połączy się liposomy ze specyficznymi cząsteczkami wykazującymi powinowactwo do pewnych typów komórek, będzie można je lokalizować i śledzić ich ruchy po organizmie. Końcowym etapem prac mają być testy na fantomach tkankowych. Pod warunkiem, że wszystko pójdzie po myśli naukowców, prototyp systemu powinien powstać do 2016 r.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Georgia Tech i Emory University opracowali nową rodzinę kontrastów do obrazowania, które wnikają do komórek bakteryjnych, podszywając się pod glukozę. Czynniki te, nazywane bazującymi na maltodekstrynie sondami do obrazowania (ang. maltodextrin-based imaging probes), pozwalają odróżnić infekcje bakteryjne od innych chorób zapalnych.
      Te kontrasty zaspokajają zapotrzebowanie na sondy zapewniające dokładny obraz niewielkiej liczby bakterii w warunkach in vivo, a także na produkty pozwalające odróżnić infekcje od innych patologii, np. nowotworu – podkreśla prof. Niren Murthy. Wyniki studium sfinansowanego m.in. przez Narodowe Instytuty Zdrowia ukazały się w piśmie Nature Materials.
      Większość istniejących sond do obrazowania dociera do bakteryjnej ściany komórkowej i nie może wniknąć do środka, jednak kontrasty oparte na maltodekstrynie są traktowane przez mikroorganizmy jak pokarm, dzięki czemu mogą osiągać wysokie stężenia wewnątrz bakterii.
      Kontrasty nowego typu uzyskuje się, łącząc barwnik z maltoheksaozą, która stanowi główne źródło glukozy dla bakterii. Czynnik kontrastowy trafia do bakterii za pośrednictwem transportera maltodekstryny (występuje on w komórkach bakteryjnych, lecz nie ssaczych). Zgodnie z naszą wiedzą, to pierwszy pokaz metody dostarczania milimolowych stężeń substancji obrazujących do bakterii. Podczas eksperymentów prowadzonych na szczurach naukowcy odkryli, że kontrast gromadził się w zakażonych bakteriami tkankach i był skutecznie usuwany z tkanek zdrowych. Pomiędzy zainfekowanymi i niezainfekowanymi tkankami zaobserwowano 42-krotną różnicę w intensywności fluorescencji. Co ważne, kontrast nie gromadził się w bakteriach tworzących prawidłową mikroflorę jelit. Nowy kontrast mógł wykryć milion żywych komórek bakteryjnych, podczas gdy obecnie wykorzystywane czynniki wymagają występowania przynajmniej 100 mln bakterii. W innym eksperymencie Murthy i inni stwierdzili, że sonda z dużą specyficznością odróżnia zakażenia bakteryjne od stanów zapalnych o innym podłożu. Okazało się bowiem, że tkanki zainfekowane E. coli świeciły 17-krotnie silniej od tkanek objętych stanem zapalnym, które nie zawierały bakterii. Amerykanie udowodnili również, że zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne pobierają kontrast oparty na maltodekstrynie o 3 rzędy wielkości szybciej od komórek ssaczych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obecnie testy wielu leków dla ludzi prowadzi się wstępnie na myszach. Możność uzyskania klarownego obrazu wnętrza zwierzęcia ma więc kolosalne znaczenie. W praktyce często wykorzystuje się fluorescencyjne barwniki, ale już kilka milimetrów pod skórą obraz staje się tak zamazany, że naukowcy tak naprawdę nie za bardzo wiedzą, co widzą. W ramach najnowszych eksperymentów specjaliści z Uniwersytetu Stanforda posłużyli się fluorescencyjnymi nanorurkami węglowymi, dzięki czemu rzeczywistością stało się zaglądanie na kilka centymetrów w głąb zwierzęcia. Tradycyjne barwniki nie zapewniały takiej ostrości, a nikogo nie trzeba chyba przekonywać, że w przypadku tak niewielkiego zwierzęcia jak mysz parę centymetrów to naprawdę dużo.
      Wykorzystywaliśmy już podobne nanorurki do dostarczania testowanych na myszach leków przeciwnowotworowych, ale warto by też wiedzieć, gdzie medykament właściwie trafił, prawda? Z fluorescencyjnymi nanorurkami możemy w czasie rzeczywistym jednocześnie dostarczać leki i obrazować, aby określić dokładność trafiania przez preparat w cel - tłumaczy prof. Hongjie Dai.
      Zespół wstrzyknął gryzoniom nanorurki o pojedynczej ścianie. Później pozostało obserwować, jak rurki i lek trafiają do narządów wewnętrznych za pośrednictwem układu krwionośnego. Nanorurki świeciły jasno po skierowaniu na zwierzę promienia lasera. Zdjęcia wykonywano kamerą ustawioną na bliską podczerwień. Amerykanie podkreślają, że w odróżnieniu od większości fluorescencyjnych barwników, świecenie fluorescencyjnych nanorurek węglowych obejmuje inną część spektrum bliskiej podczerwieni. To bardzo dobrze, ponieważ naturalna fluorescencja tkanek dotyczy długości fali poniżej 900 nanometrów, pokrywając się z zakresem biokompatybilnych barwników fluorescencyjnych, przez co obraz zostaje zamazany przez fluorescencję tła. Z nanorurkami nie ma tego problemu, ponieważ świecą w zakresie 1000-1400 nm.
      Na tym jednak nie koniec plusów wynikających z wykorzystania nanorurek węglowych. Ciało rozprasza mniej światła przy większej długości fali z zakresu bliskiej podczerwieni, przez co obraz nie ulega rozmazaniu, gdy światło się przemieszcza. Ekipa Daia eksperymentowała z jednościennymi nanrurkami o różnej chiralności, średnicy itp., dzięki czemu można było dokładnie wyregulować długość fali, przy której będą one fluoryzować.
      Amerykanie poddali nagranie wideo analizie głównych składowych. W ten sposób jeszcze bardziej polepszono jakość obrazu. W surowym materiale śledziona, trzustka i nerka mogą wyglądać jak jeden uogólniony sygnał. Analiza głównych składowych wyłapuje jednak niuanse zmienności sygnału i rozdziela to, co wydawało się na początku jednością, na sygnały poszczególnych narządów. Można naprawdę widzieć rzeczy położone głęboko lub przysłonięte przez inne organy, np. trzustkę - wyjaśnia jedna z autorek studium studentka Sarah Sherlock.
      Dai podkreśla, że co prawda za pomocą nanorurek nie uzyska się obrazu tkanek położonych tak głęboko jak w przypadku rezonansu magnetycznego czy tomografii komputerowej, ale i tak poczyniono duże postępy w obrębie popularnych wśród praktyków tanich metod.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od jakiegoś czasu poszukuje się związków chemicznych wspomagających obrazowanie, które sprawdziłyby się w ramach monitoringu pacjentów zażywających heparynę, czyli lek zapobiegający krzepnięciu krwi. Wg Włochów, do tego celu świetnie nadaje się lucyferaza - enzym odpowiadający za świecenie robaczków świętojańskich (Bioconjugate Chemistry).
      Zespół Bruce'a Branchiniego wskazywał na potrzebę wynalezienia takich związków wspomagających obrazowanie, które emitowałyby promieniowanie w bliskiej podczerwieni. Głębiej penetruje ono tkankę, pozwalając lekarzom wykryć białka zaangażowane w krzepnięcie.
      Podczas testów naukowcy połączyli proteinę pozyskiwaną z lucyferazy świetlików z gatunku Photinis pyralis ze specjalnym fluorescencyjnym barwnikiem. Umożliwia on białku emitowanie promieniowania w bliskiej podczerwieni. Okazało się, że pozwala to wykryć niewielkie ilości aktywnego czynnika X (Xa). Inhibitory tego związku wykorzystuje się w zapobieganiu zdarzeniom zakrzepowo-zatorowym. Czynnik Xa bierze udział m.in. w aktywacji VIII czynnika krzepnięcia.
      Bioluminescencja i rezonansowe przeniesienie energii wzbudzenia bioluminescencji (ang. bioluminescence resonance energy transfer, BRET) to dwa naturalnie występujące zjawiska emisji promieniowania, które wykorzystano do różnych celów, np. obrazowania in vivo. Kluczowym elementem takich aplikacji jest lucyferaza, dająca żółtozielone światło. Opisywane technologie można ulepszyć, bazując na potencjale promienowania w bliskiej podczerwieni (nIR). Włosi zademonstrowali, że da się uzyskać emisję spektralną z maksimami 705 i 783 nm, wiążąc kowalencyjnie wariant lucyferazy z fluorescencyjnym barwnikami nIR.
      Akademicy zwracają uwagę na znaczenie wybiórczego znakowania fluorescencyjnymi barwnikami i skuteczność zapewnianą przez proces międzycząsteczkowego BRET. Włochom udało się też skonstruować wspomniane już wcześniej biotynylowane (oznakowane) białko fuzujące, czyli zlewające się, które emitowało promieniowanie w podczerwieni. Nowy materiał unieruchomiono na podłożu/macierzy zawierającej streptoawidynę - stosowaną w biotechnologii do oczyszczania białek - pokazując, że rozwiązanie można by uwzględnić w obrazowaniu z wykorzystaniem receptorów. To samo białko zastosowano do określenia aktywności czynnika Xa przy fizjologicznych stężeniach we krwi.
      W badanym układzie emisja w podczerwieni była możliwa tylko w sytuacji, kiedy cząsteczka lucyferazy była ściśle powiązana z barwnikiem fluorescencyjnym. Autorzy studium wykorzystali to zjawisko i połączyli obie te molekuły za pomocą krótkiego łańcucha aminokwasowego podatnego na trawienie przez czynnik Xa. W tej sytuacji aktywacja czynnika X powodowała nie tylko powstawanie skrzepu, ale też rozpad kompleksu lucyferazy z fluorochromem i tym samym spadek emisji nIR w próbce. Dokładny pomiar tempa tego zaniku pozwolił tym samym na ustalenie aktywności enzymatycznej czynnika Xa.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ostatnim numerze Nature Nanotechnology naukowcy z Ohio University oraz uniwersytetu w Hamburgu informują o zobrazowaniu, po raz pierwszy w historii, spinu elektronów.
      Do stworzenia obrazu uczeni wykorzystali zbudowany przez siebie mikroskop sił atomowych z sondą pokrytą żelazem. Dzięki temu mogli na badanej manganowej powierzchni umieścić atomy kobaltu i zmienić w ten sposób spin elektronów. Badania wykazały, że gdy spin atomu był skierowany w górę, atomy przypominały górę z jednym szczytem, gdy był w dół - górę z dwoma szczytami.
      Udane zobrazowanie spinu może mieć wpływ na przyszłe badania nad przechowywaniem danych, komputerami magnetycznymi czy urządzeniami spintronicznymi. "Połączenie technik manipulowania atomami i odczytywania spinu tworzy nową perspektywę w tworzeniu struktur na skalę atomową oraz w badaniu właściwości magnetycznych" - powiedział główny autor badań, Andre Kubetzka z uniwersytetu w Hamburgu.
      Zanim się to jednak stanie, uczeni muszą opracować sposób na obrazowanie spinów w temperaturze pokojowej. Opisywane badania przeprowadzono bowiem w komorze próżniowej w temperaturze 10 kelwinów, do uzyskania której wykorzystano hel.
×
×
  • Create New...